时间频率计量名词术语及定义

1时间频率计量名词术语及定义1.1时标(时间尺度)timescale时间坐标的简称，也叫时间尺度。选择一个时间的基本单位(秒),从一特定的起点累积而成。时标上的点代表时刻；年、日、时、分、秒。两点之差为时间间隔，1.2原子秒atomicsegond目前国际单位制中对间的基本单位，1967年第十三偏四际计量大会通过采用。定义为：“秒是铯-136原子在其基态的两个超精细能级间跃迁癌射9192631770个周期所基于地球转周期导出的时间星本单位，1820年正式定义平太阳秒为平太阳日的86400分之。平太阳日简单理解为一年内真太阳日的平均值乙为一天的起息，称为观测者所在地的地力平大阳时。本初子午面的平太阳时称为世界时。对地球自密轴的变化引起的观测误差(称为极移)修正后称为类世界时，代号为UT1,它能准面皮映地球在空间的角位置，是夫文界使用的时标1日长的不确定度为3ms(k1.5国际原子脏TAI)internatnonatatomietimg以原子秒为能度，从1958年量界时1月1日冬时开始累积的标。由国际计量局利用分布在世界各地的约300台连续工作的原子钟读数加权计能碍到自由原子时，再用1.6协调世界时(Tccordinateduniversaltime国际原子时(TAI)与世界时(UT1)协调后产生的时标，所用的时间单位与TAI一样为原子秒，在时刻上与U近，两者之差小于0与TAI相差整数秒。UTC为国际上统一的法定时间，各国家或他区倾甬昧准的间与UTC偏差整小时数，东半球超为保持UTC与UT1之差小于0.9s,在UTC上引入的修正秒。闰秒时一分钟内的秒数变化为61(正闰秒)或59(负闰秒)。进行闰秒的时间由国际计量局提前10周通知各地的守时实验室。优先选定的闰秒时间是6月底或12月底的最后一分钟。到目前都是我国全国统一使用的标准时间，在时刻上超前UTC8h。21.9儒略日(JD)julianday从公元前4713年世界时1月1日正午开始按十进制累计的天数。1.10修定儒略日(MJD)modifiedjulianday从1858年世界时11月17日午夜开始按十进制累计的天数。如2005年9月1日对应的修定儒略日为MJD=53614d(加上2400000.5天即为儒略日)。主要用在天文计时和国际原子时的计算上，作为日期的另一种标记。一个世纪的起始点，或者一个计时系统的起始时刻。1.12时间频率基准primarytimefrequencystandard直接复现秒定义(参见原子秒)的装置。通过独立测量和计算得到实际复现值及其不确定度，此不确定度称为基准的准确度，用相对值表示。目前只有少数几个国家研制出了时频基准，准确度达到了10~15量级。1.13铯原子喷泉时频基准cesiumfountainprimarystandard新型的时间频率基准装置。铯原子以较低的初速度垂直上抛，然后自由下落，类似于喷泉，故而得名。用上下、左右、前后六束激光把铯原子囚禁成一个超低温的粘团，然后使原子以(3～4)m/s的初速上抛，上升高度近于1m。与传统的时频基准相比，大大减小跃迁曲线宽度，可小于1Hz,便于精确锁相。由于原子运动速度很低，也大大减小与速度有关的一些因素在复现时引入的偏差，故可得到很高的准确度。1.14数字时钟digitalclock时标的具体显示装置，包含主振器、计数器和显示器三个主要部分。主要显示一天内的时间，即时、分、秒。1.15原子钟atomicclock以原子谐振频率为主振器频率的数字时钟，除显示时、分、秒外，还有秒脉冲输出，外同步信号输入以及秒脉冲时延的调整部件。目前作为商品的有铯原子钟、氢原子钟及铷原子钟。以石英晶体振荡器为主振器的数字时钟。主要用于显示时、分、秒。准确度稍高的设备有秒脉冲输出和外同步功能。1.17白噪声whitenoise在给定的频带内具有连续的均匀的功率谱密度，在频谱仪上显示为一条近于平坦的噪声功率曲线。1.18闪变噪声flickernoise一种低频噪声。功率谱密度与频率成反比，故也称为1/f噪声。1.19白相噪声whitephasenoise白噪声对频标信号的相位调制。其表现为频率稳定度与取样时间成反比。1.20闪相噪声flickerphasenoise闪变噪声对频标信号的相位调制。其表现为频率稳定度与取样时间成反比。31.21白频噪声whitefrequencynoise白噪声对频标信号的频率调制。其表现为频率稳定度与取样时间的平方根成反比。1.22闪频噪声flickerfrequencynoise闪变噪声对频标信号的频率调制，表现为频率稳定度与取样时间无关。此时的稳定度有时称为flicker平坦区。1.23随机游动频率噪声randomwalkfrequencynoise引起频率稳定度与取样时间成正比的噪声。2时间时标上的点，或一台具体时钟的读数。2.2时间间隔timeinterval时标上两点之差，或两个事件之间流逝的时间，时频计量中所测的时间间隔一般都小于1s。如多少毫秒、微秒、纳秒、皮秒等。一个时间信号通过一段空间、一段电缆或一部分电路、一台电子设备等所用的传输时间，该信号到达时刻与发生时刻之差在时间同步系统计量时称为时延，也称为时间2.4时间间隔发生器timeintervalgenerator以内部晶体振荡器的周期为参考，通过数字电路和模拟电路(延迟线)产生各种时间间隔，最小间隔可达1ns。间隔值以单列脉冲宽度，脉冲周期或双列脉冲时间差给定。2.5时间间隔计数器timeintervalcounter用计数法测量两个电信号间的时间间隔。测量时选用的单位时间称为时基，由计数器内的晶振信号通过倍频和分频后产生。传统的时间间隔计数器(TIC)都只是采用直接计数法，所能测的最小间隔(分辨力)受触发器翻转时间所限，一般为10ns。近代出现了一些新型的TIC,在直接计数基础上加上扩展技术，如内插法、游标法和A/D变换法。测量分辨力可达几十甚至几个ps。2.6时基timebase时间间隔测量所选用的单位时间，如1ns,1μs,1ms。按照测量仪最小显示值2.7闸门时间gatetime计数器测量时，电子门打开的时间。2.8秒表stopwatch最简单的、低精度时间间隔测量仪，一般用人手启动和停止。2.9机械秒表mechanicstopwatch整套结构为机械式，内设的游丝摆动的周期为参考，以度盘和指针停在度盘上的刻度值显示测量结果。分辨力一般为0.1s。42.10石英电子秒表quartzelectronicstopwatch简单的电子式时间间隔计数器，所用时基由内设晶振产生，以数字显示器给出测量结果。分辨力一般为0.01s。2.11电秒表electromotivestopwatch以50Hz,220V的市电为动力启动马达通过离合器带动指针旋转，以指针在度盘上的位置确定所测时间间隔。主要用于测量机械继电器的动作时间。测量误差为50Hz的频率准确度和离合器的时延。2.12毫秒仪millisecondmeter一种数字式时间间隔测量仪所测时同间隔Sm,分辨力为0.1ms。功能较全，既可测电信号的时间间隔也的测机械触点(如继电器的闭合与断开的时间间隔。2.13时间检定仪timejinteryalverificationdevice大量使用的中精度用向计量标准装置，重要用于检难毫秒仪之我表、电秒表等。2.14秒表检定仪sdonyatchverificationdevee用于检定各种电工秒表、机械秒表的计量标准装置。2.15电秒表检定lectromotivestapwatchverificlliondevice用于检定各利电秒表的计量标准装置2.16校表仪calibrator钟表生产厂使用的一种仪器，用于限速测定钟表的相对走时速率，以楼表仪内的晶振作参考源。相对走时速率以秒/天或秘用习单位给出2.17钟差clddimediffer两台钟的读数委、当差值小于1s时，不能直接读出，需用时间间隔测量仪测定。设A钟的秒脉冲馆动计时器，B钟的秒脉冲停止计时器，测得值为△力则两台钟的读数差为A-B=△片△T为正，表明A钟显示的时刻超前B钟；若A下为负，则滞后。两台钟读数差的变化率，设A√B两台钟在某时刻的读数差为B=△Tm,经过一段时间r后，变为△B=△T,则在，时间内A钟相对书钟的平均速率为比B钟走得慢。R的单位一般为ns/d、μs/d或ms/d。把轴速的单位约掉，可从两台钟相对速率得出两台钟主振器的相对于构频率偏差。例R=2μs/d,则两台钟的读数差经过一天后的变化量。如第一天某一时刻A、B两台钟的读数差为△TAH,第二天同一时刻读数差为△Ta₂,则日差为△TA-△T。日差是电子秒表的重要指标。2.20时间偏差timeoffset一个时标(或时钟)相对一参考时标(或参考钟)的时刻差。可用时间间隔计数器直接测量两时标同一标志的秒脉冲间的间隔，也可间接计算得到，如BIPM时间公报中给出5的地方协调世界时相对国际统一的协调世界时的偏差，即UTC(K)-UTC。2.21时间编码timecode时间信号的二进制编码，用于无线或有线远距离传输标准时间。一般包含年、月、日、时、分、秒。2.22时间比对timecomparison利用比对装置测定和计算两个时标(时钟)的时间偏差和偏差的稳定度的操作过程。2.23时间同步timesynchronization在某一时刻，使两台或多台时钟具有同一读数的操作过程。2.24同步不确定度synchuomnhS时钟同步后，剩余时差的最天范围，取决于所用的同步方法。2.25时间传输tinecansfer参考时间以编码形我通过有线或无线传送到远距离，供内间比对、时间同步使用，也可直接解码使用会考时间。时间传输中一重要技木指标是传输时延，通过计算或测量得到。用于发射检弹时间信息的无线电合，标准时间为UTC,同时发卷UTC与UT1的时差DUT1,也市直接发送当地时间。所有信息都以二进制数字编硒通过载频发送。2.27电视时面频率发播TVtimefrequencytransfer在电视场扫描逆程中插入标准时间频率信息，随同全电视信号发送。标准时间频率来自一台高准确的原子钟，用特定的解码接收机得到。电视中的副载喷和场、行扫描频率也来源于骸质子钟，故也可作计量标准便用在互联网已的照网络时间协议(NTP)发送标准时间信息。主厚用于校准用户计算机2.29网络时间所议networktinneprotocol在互联网上发运时间编码的标准协议，编码为64位的一进制定点数，前32位是1900年1月1日零点一分零秒开始圣今的UTC的总秒数、即到2036年。后32位表示秒的小数部分，分辨力可达200ps。2.30电话授时telephonetihigservice在有线电话网上，通过调制缝偏器使因程接反标准时间编码信息。主要用于校准用户计算机内的时钟。接收方式有两种：单向的，不扣除传输时延；双向的，扣除传输时延，不确定度可优于10ms。2.31全球定位系统(GPS)globalpositioningsystem美国国防部建立的高精度全球卫星无线电导航系统。至少有24颗卫星分布在6个固定平面上围绕地球旋转，卫星高度约20200km,旋转周期为11小时58分。地球上的用户在任一时刻都可同时收到4颗以上卫星，确定自己的位置。星上备有铯原子钟和铷原子钟。钟的时间每天由地面监测，并给出相对标准时间UTC(或GPS时间)的偏差。偏差值保持小于100ns,用户可以从收到的导航电文中得到标准时间信息校准本地62.32全球导航卫星系统(GLONASS)globalnavigationsatellitesystem俄罗斯建立的全球卫星导航系统。与GPS类似，区别是GLONASS采用频分多址，而GPS是码分多址，星上都配有铯原子钟。用户可以从接收到的信息中得到标准时间2.33GPS共视法GPScommon-view用于相距较远的两台钟或两个地方世界时的时间比对。共视意味着两地同时能看到同一颗卫星，同时测出本地钟与所接收到卫星给出的GPS时间差，事后交换数据得出两地时钟的时差。设A、B两地钟测得值为A-GPS=△TA,B-GPS=△Tg,则A-B=△T₄-△Tg=△TAB。在此期间GPS时间起到媒介的作用，GPS带来的定时误差基本上可以抵消掉。由此得到的△T的不确定度可达几个ns。同时由△Tm的变化量可以求出两地钟主振器的频率偏差，实现频率的远距离校准。如连续两次测得△T的间隔为1d,则频率偏差的测量不确定度可达10~¹量级，在国际原子时的计算中，所用各地原子钟的联系手段主要利用GPS共视法。2.34卫星双向法twowaytimeandfrequencytransfer相距较远的两台钟的时间比对方法。利用地球同步卫星的转发器作为媒介，两地同时发送各自的时间信号，一般为秒脉冲，同时测量本地钟秒脉冲与接收到的对方发来的秒脉冲间的时差。两个测量结果相减并去掉传送中的附加延迟后，可得到两地钟的真正时差。时差的不确定度小于1ns。这是目前远距离时钟比对不确定度最小的方法。若两次测量间隔10d,则由时差的变化量可求出两地时钟主振器频率偏差，不确定度小于1×10-15。可用于国际间时频基准的比对。2.35载频相位测量carrierphasemeasurement是GPS定位时一种精密的测距方法。直接收到测量卫星发射的载频信号从卫星到接收天线所累积的相位值，乘以载频的周期可以精确地得到信号在空间的传输时间，与正常的码相关测量技术相比，理论上由于载频大约为码元频率的1000倍，故传输时间的测量不确定度可以减少1000倍。时频计量上主要用于相距较远的两地的时钟比对。在两地各自测出两地时钟相对卫星信号载频的相位差，从而求出两地时钟的读数差。目前实验结果显示测量不确定度可小于0.1ns。关键技术是判断相位累积值中整周期2.36时间标准偏差timestandarddeviation多次测得的时差与其平均值之差的均方根值，用贝塞尔公式计算。主要用于分析时间传递方法的优劣程度。目前多用于分析GPS共视法的测量结果及其不确定度。2.37时间标准timestandard一套具体装置，能以编码形式给出标准时间(年、月、日、时、分、秒),以及参考秒脉冲。同步数字通信网中的统计检验参数。为同步后本地信号与参考信号相位差(时差)的最大变化量。用峰一峰值表示。它有助于直接检测频率或相位的突跳，这种突跳会产生72.39时间抖动timej于10Hzc重复事件的速率。频率的标准单位是赫(兹),符号为Hz,定义为1s内事件重复的刻分别测得的相位差为△T₁和△T₂,则在t₁-t₂间隔内平均频率差为y(t₂-t₁)=简称铯频标或铯原子钟。利用铯-133原子在8号控制一台晶体振荡器，跃迁频率为9192631770Hz,是一种被动型原子频标。晶振的频率，一般为5MHz和10MHz,综合成微波激励信号，其频率接近原子跃迁频率，使铯原子在激励信号的感应下发生跃迁。当激励信号频率偏离原子跃迁频率时，产生一信号去调整晶振频率，使偏差为零，稳定控制后，晶振的输出频率与实际发生的跃迁频率具有同样的准确度。目前商品型铯频标的准确度已达到5×10~l³。3.9氢原子频标hydrogenmaser简称氢频标或氢原子钟。分被动型和主动型两种，所用的原子跃迁频率为1420405752Hz,被动型的工作过程类似铯频标，见“铯原子频标”。主动型的又称为氢脉泽。与被动型不同、已尿是在外界激励信号的感应下发生跃迁，而是满足一定条件时跃证自物发生。相当一台自激抵荡器。以自激振荡信号为参考锁定一台使用方便的5MHZ或10MHz晶体振荡器。两种氢频标的准确度都需直接或间接用时顺基准校准得到。骨而商品型的氢准确度也可达到5×10~13。与铯频标相比，题察短期(r≤1d)隐定度比较好，但长期略差，吐有频率漂移。简称铷频标利前商品的铷频标都是被动型的，所用的原工跃迁频率为铷频标的频系准确度较低，一般为10-10～10-1。需用铯或氢频标校准得到。与铯和氢频标相比，其有较大的频率漂移，大约在1410W/月量级。但铷频标体积很小、成本低，故应用非需广泛。相当于一台量激振荡器，即原子跃迅自动发生，利用其跃迁频率经变换后锁定一台频率方便使用的晶体振荡器。相当一台鉴频器了原子跃迁是在外加的激励信号感应下发生。做历信号来自一台晶体振荡器，激励信号频率分原子跃迁频率进行比较广生与频偏成比例的信号，调整和控制晶振的频率。3.13石英晶体频标quangfreghencystandard一台独立使用的高稳恒温石英晶体振荡器。一般输出一不频率：1MHz,5MHz和10MHz。与原子频标相比，具有较大的顺率源移，K顺率准确度利用原子频标校准得到。3.14光频标opticalfrequencystanda一种还在研制和试验阶段的频率标准，是基于离子或原子在光频范围间内的跃迁。比之基于微波跃迁的原子频标具有潜在的更高的频率稳定度，未来有可能用于更改秒定义。3.15晶体振荡器quartzoscillator利用石英晶体的压电效应产生振荡信号的频率源，简称晶振。在多种仪器内作为主振器。应用极其广泛，从手表、时钟、时频测量仪、信号发生器乃至原子频标都要配备晶振。晶振的最大弱点是谐振频率易受温度影响。93.16恒温晶振ovenco为减少环境温度变化引起晶体谐振频率的变化，把石英晶体放在一个温度高度稳定的恒温槽内，配备良好的振荡、放大、控制电路，具有优异的频率短期稳定度和相位噪3.17温补晶振temperaturecompensatedcrystaloscillator对温度引起的频率变化进行补偿的晶振。采用温度敏感的元件接在一个桥式电路内，电路两端的电抗会随着温度变化，此等效电抗接在晶振的振荡电路上，引起振荡频率变化，并与温度引起的变化相反，达到补偿。温补晶振与恒温晶振相比，体积很小功耗很低。当环境温度从-40℃变到+70℃时，补偿后的频率变化小于1×10~⁶。理想的具有零不确定度的频率值。只是一个纸面上的或频标面板上输出频率的标志3.19频率实际值actualfrequen3.20频率偏差frequencyoffsetf,为实际测得值。由于f₀只是纸面值，实际选取一个频率偏差比欲测频率偏差小一个3.21频率差frequencydifferen3.22频率准确度frequencyaccuracy频率偏差的最大范围。表明频率实际值靠近标称值的程度。用数值定量表示时，不带正负号。如一个频标频率标称值为5MHz,频率准确度为2×10~¹0,其含意是频率实际值可能高，但不会高出2×10“,也可能低，但不会低出2×10~¹°,即频率实际值f满足下式：5MHz(1-2×10~“)≤f≤5MHz(1+2×10~¹“)。3.23频率稳定度frequencystability描述平均频率随机起伏程度的量，平均时间称为取样时间，为一重要参数。不同的一般是指取样时间大于100秒的频率稳定度，更多的是指一天以上。一般是指取样时间在1ms～100s范围内的稳定度。3.26阿仑标准偏差Allandeviation频率稳定度在时域的数学表征，区别于统计学上的标准差。估算公式为：频率稳定度是描述平均频率随机起伏程度的量，测量载频功率之比。单位为dBc/Hz。偏离载频的偏离值称为傅立叶频率，一般取1Hz~3.35温度特性temperaturestabili起的频率最大变化量，也有的给出在一定温度范围内，频率的温度系数，即每变化当频标的负载由空载到短路，两种状态下的频率变化量。测量时以502负载代替短路，以1kΩ负载代替空载。3.37电压特性powerstab当外加电压(一般指市电交流电压)变化10%时，频标输出频率的最大变化量。3.38频率复现性prequencyrepeatability频标工作一段时间关机后，下次再开机达到稳定后，频率值与上次关机时频率值的3.39频率复制性frequencyreproducibility按同样设计制造出的一批频标，产生同一频率值的能力。用多台频标频率值的标准偏差表征。进口的原子频标大都给出复制性指标。3.40频率合成器frequencysynthesizer以内部晶振的频率值为参考通过加减乘除的电路变换产生多种近于连续的频率。合3.41频率计数器frequencycou用计数法测量电信号频率的仪器，以数字显示结果，测量结果都是闸门时间内的平3.42通用计数器universalcounter功能较全，除测量频率外还能测量周期、时间间隔、相位差的计数器。3.43分频器frequencydiv一台仪器或一个电路，把输入频率变成较低的频率，有直接数字分频和锁相分频。3.44倍频器frequencymul一台仪器或一个电路，把输入频率变成较高的频率，如一个倍频系数为10的倍频器可把1MHz输入频率变成10MHz输出频率。一台仪器或一个电路，输入两个不同频率的信号，产生一个频率等于两个输入频率之差的信号。在测量系统内用于提高测量分辨力。如一个5MHz与一个5.000001MHz的信号，混频后产生1Hz的差频信号，再用计数器测量，能测出输入信号更微小的频用于控制和调整晶体振荡器频率的闭合环路。相位锁定后，被控晶振与参考信号具有同样的频率并始终保持。锁相环包含有压控晶振、相位比较器和控制电压发生器。3.47频差倍增器frequencydifferencemultiplier提高两台频标差频测量分辨力的装置，为避免高次倍频的困难，采用倍频、混频方法、逐级重复进行，最后得到仅将差频倍增的结果。如一台频标的频率为fo,另一台为fo+△f,△f很小。两者倍频后为m(f₀+△f)和(m-1)f₀,混频后得到fo+m△f,3.48频标比对器freque两台频标进行比对的装置，大都采用频差倍增技术，以较高的测量分辨力测出两台频标的相